더 나은 기계 스핀들을 구축하는 방법

Oct 29, 2023

디자인 뉴스 직원으로 | 2022년 7월 13일

스핀들은 다양한 기계의 회전 요소를 지원합니다. 예를 들어 금속 절삭 공작 기계에서 스핀들 베어링은 시스템 안정성을 제공하여 가공되는 공작물의 표면 품질과 정밀도를 보장합니다. 이러한 베어링은 기계적 하중을 수용할 수 있도록 매우 견고하고 내구성이 있어야 하며, 고속을 가능하게 하려면 낮은 수준의 마찰과 높은 열 내성을 보여야 합니다.

글로벌 자동차 및 산업 공급업체인 Schaeffler는 최근 새로운 고성능 기술인 Vacrodur로 만든 고속 스핀들 베어링을 활용하여 선도적인 공작 기계 제조업체가 보증 기간 동안 무제한 스핀들 시간을 제공하는 등 모터 스핀들에 대한 보증 기간을 두 배로 늘릴 수 있도록 도왔습니다. 셰플러가 개발한 롤링 베어링 강재. 글로벌 공작 기계 제조업체는 특히 어려운 작동 조건에서 기존 스핀들에 비해 극도의 신뢰성과 상당히 긴 작동 수명을 보여주는 모터 스핀들을 설계할 수 있었습니다.

Schaeffler는 Design News에 이 사용 사례에 대한 정보를 제공했고 우리는 Schaeffler의 산업 자동화 수석 애플리케이션 엔지니어인 ER Muntz에게 Vacrodur와 미래 가능성에 대해 몇 가지 질문을 했습니다.

먼츠: 역사적으로 대부분의 응용 분야에서는 100Cr6 롤링 베어링 강을 사용해 왔습니다. 스핀들 베어링의 속도 성능과 견고성을 개선하기 위한 노력에는 세라믹 롤링 요소가 포함된 하이브리드 베어링을 활용하는 것이 포함되었습니다.

그러나 세라믹 전동체를 사용하는 것은 스핀들 베어링의 성능을 향상시키는 데에만 한계가 있었습니다. 공작 기계 제조업체가 스핀들 정밀 검사 및 수리 작업을 수행할 때 세라믹 볼이 손상되지 않은 상태로 유지되는 것을 반복적으로 발견했습니다. 한편, 베어링 링은 이미 구멍이나 균열과 같은 피로 파손 징후를 보이고 있었습니다.

베어링 레이스 소재 발전의 다음 단계는 Schaeffler의 Cronidur 소재와 같은 고질소강의 개발이었습니다. 수년 동안 이는 부하 및 속도 성능의 한계를 뛰어넘는 스핀들 제조업체를 위한 프리미엄 제품이었습니다. 그러나 이제 처리량 및 가동 시간 요구 사항이 증가하고 도구가 더욱 발전함에 따라 훨씬 더 견고한 스핀들 베어링이 필요하게 되었습니다.

세라믹 볼과 베어링 링 사이의 작동 수명 차이를 해결하기 위해 Schaeffler는 Vacrodur라는 새로운 베어링 강을 개발했습니다.

먼츠: Vacrodur는 분말야금으로 생산된 고성능 강철로, 특별한 다단계 열처리 공정을 거쳐 비교할 수 없는 균질성을 지닌 미세한 구조를 만들어냅니다. 이 다단계 열처리 공정은 65HRC의 매우 높은 경도 값을 생성하므로 베어링이 100Cr6로 만든 베어링보다 충돌 및 충격 하중에 덜 민감합니다. 윤활유가 오염되면 재료의 경도가 높아 이물질의 과도한 롤링으로 인한 초기 손상이 줄어듭니다.

이 특별한 열처리 공정은 또한 Vacrodur에 열적 안정성을 제공합니다. 100Cr6과 같은 기존 구름 베어링 강철과 달리 Vacrodur의 경도는 150°C를 초과하는 온도에서도 감소되지 않습니다. 재료 특성은 최대 400°C의 매우 높은 적용 온도에서도 안정적으로 유지됩니다. Vacrodur에서 생산된 스핀들 베어링의 견고성은 윤활유 공급이 부족한 곳에서 특히 두드러집니다. 이러한 바람직하지 않은 작동 상태는 일반적으로 구름 접촉 온도의 급격한 상승과 관련이 있으며 상당한 경도 손실을 초래합니다. 대조적으로, Vacrodur가 제공하는 열 안정성은 상당한 안전 확보를 보장합니다.

권위 있는 국제 분류 협회인 Germanischer Lloyd가 인증한 테스트 절차에 따르면, 우수한 윤활 조건에서 Vacrodur를 사용하면 표준 롤링 베어링 강철 값보다 13배 이상 작동 수명을 늘릴 수 있었습니다. 혼합 마찰과 관련된 테스트에서 이러한 작동 수명의 차이는 25배 더 증가합니다. 제어된 오염 조건, 즉 윤활제가 광물 입자로 정의된 오염 하에서 서비스 수명은 이전 롤링 베어링 강철 벤치마크보다 24배 증가합니다. , Schaeffler의 자체 Cronidur가 검증 가능했습니다.